Năm 1995, Hội đồng điều hành Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP) lên tiếng kêu gọi hành động mang tính toàn cầu để đối phó với POP - những chất hóa học được định nghĩa là "khó phân hủy trong môi trường, tích tụ sinh học qua lưới thức ăn và gây nguy cơ tác động có hại cho sức khỏe con người và môi trường."

Sau lời kêu gọi này, Diễn đàn liên chính phủ về An toàn hóa chất (Intergovernmental Forum on Chemical Safety - IFCS) và Chương trình quốc tế về An toàn hóa chất (International Programme on Chemical Safety - IPCS) đã chuẩn bị một bản đánh giá 12 hóa chất được xem là gây hại nhiều nhất (12 chất này còn được gọi là "một tá bẩn thỉu").

Từ tháng 6 năm 1998 đến tháng 12 năm 2000, năm cuộc họp diễn ra để sửa soạn cho Công ước mới. Ngày 22-23 tháng 5 năm 2001, các phái đoàn đến dự hội nghị (tập hợp các đại diện toàn quyền) diễn ra ở Stockholm, Thụy Điển đã thông qua Công ước về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Những cuộc thương thảo cũng hoàn tất vào ngày 23 tháng 5. Công ước có hiệu lực kể từ ngày 17 tháng 5 năm 2004 với sự phê chuẩn ban đầu của 151 bên ký kết. Họ tán thành loại bỏ chín trong số 12 hóa chất được đề xuất, giới hạn sử dụng chất DDT trong công tác kiểm soát sốt rét và cắt giảm việc vô ý tạo ra chất điôxin và furan.

Các bên tham gia cũng đồng ý với quy trình xem xét và bổ sung các hợp chất độc hại khó phân hủy khác vào Công ước nếu chúng thỏa các tiêu chí về mức độ khó phân hủy và mức gây hại đến nhiều quốc gia. Danh sách bổ sung lần đầu được tán thành tại cuộc họp diễn ra ở Genève, Thụy Sĩ vào ngày 8 tháng 5 năm 2009.

Tính đến tháng 5 năm 2013, có 179 bên đã tham gia Công ước Stockholm (gồm 178 quốc gia và Liên minh châu Âu). Một số nước vẫn chưa phê chuẩn Công ước, chẳng hạn Hoa Kỳ, Israel, Iraq, Italia và Malaysia.